căn bản về cấu tạo nguyờn tử:
Mọi vật đều được cấu tạo từ cỏc nguyờn tử. Mỗi nguyờn tử là một hạt rất nhỏ, nhưng hạt đú lại gồm những hạt nhỏ hơn. Ở tõm mỗi nguyờn tử cú một hạt nhõn mang điện tớch dương. Ở xung quanh hạt nhõn cú cỏc electron mang điện tớch õm chuyển động tạo thành lớp vỏ của nguyờn tử. Tổng điện tớch õm của cỏc electron cú trị số tuyệt đối bằng điện tớch dương của hạt nhõn. Do đú bỡnh thường nguyờn tử trung hoà về điện. Electron cú thể dịch chuyển từ nguyờn tử này sang nguyờn tử khỏc, từ vật này sang vật khỏc.
Từ những kiến thức cơ sở trờn học sinh cú thể vận dụng giải thớch được nguyờn nhõn mà vật nhiễm điện õm, dương và trường hợp vật bị nhiễm điện do cọ xỏt: vật nhiễm điện õm nếu nhận thờm electron, vật nhiễm điện dương nếu mất bớt electron; khi cọ xỏt thuỷ tinh vào miếng lụa thỡ một số electron từ thuỷ tinh chuyển sang lụa, kết quả là thanh thuỷ tinh nhiễm điện dương cũn miếng lụa tớch điện õm, khi cọ xỏt thanh nhựa vào len dạ thỡ một số electron từ len dạ đó chuyển sang thanh nhựa, kết quả là thanh nhựa tớch điện õm cũn len dạ tớch điện dương.
- Ở THCS, SGK cũng lần đầu tiờn nhắc đến khỏi niệm hiện điện thế, vật dẫn điện, vật cỏch điện. Nhưng do trỡnh độ nhận thức của cỏc em, những khỏi niệm này khụng được giải thớch hoặc giải thớch chưa đầy đủ.
b. Bậc THPT
Trong SGK Vật Lý 11 nõng cao, những nội dung kiến thức về “Điện tớch – Điện trường” là chương học đầu tiờn của chương trỡnh. Chương này gồm 9 bài học, tổng thời gian theo phõn phối chương trỡnh là 12 tiết học (8 tiết lý thuyết, 4 tiết bài tập, 0 tiết thực hành). Cỏc bài cụ thể như sau:
Bài 2: Thuyết electron. Định luật bảo toàn điện tớch. Bài 3: Điện trường.
Bài 4: Cụng của lực điện. Hiệu điện thế. (2 tiết) Bài 5: Bài tập về lực Culụng và điện trường. Bài 6: Vật dẫn và điện mụi trong điện trường. Bài 7: Tụ điện
Bài 8: Năng lượng điện trường. Bài 9: Bài tập về tụ điện
Cỏc kiến thức về “tĩnh điện học” được trỡnh bày kế thừa, bổ sung và đi sõu vào bản chất hơn so với những kiến thức học sinh đó học ở THCS. Sau đõy là những phõn tớch của chỳng tụi về sự phỏt triển của kiến thức và cỏc mức độ yờu cầu của kiến thức mà HS cần lĩnh hội trong phạm vi nghiờn cứu của đề tài.
Sự tương tỏc giữa cỏc điện tớch
Phần kiến thức này được đề cập đến trong SGK Vật lớ 11 THPT núi chung và SGK Vật lớ 11 Nõng cao núi riờng đó được phỏt triển hoàn thiện về bản chất. Ngoài việc ụn lại một số khỏi niệm đó học ở lớp dưới, SGK cũn bổ sung thờm một số khỏi niệm mới: hiện tượng nhiễm điện do tiếp xỳc, hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng, điện tớch điểm, lực tương tỏc giữa hai điện tớch điểm cựng dấu, lực tương tỏc giữa hai điện tich điểm trỏi dấu…Tương tỏc giữa cỏc điện tớch được cụ thể hoỏ về mặt định lượng bằng định luật Culụng. Định luật bảo toàn điện tớch cũng được trỡnh bày rừ nột. Thuyết electron được thể hiện đầy đủ hơn, bổ sung chi tiết sự hỡnh thành cỏc iụn dương và õm (sự iụn hoỏ nguyờn tử), núi rừ được tớnh chất lượng tử hoỏ điện tớch của vật mang điện. Kiến thức cần dạy và kiến thức khoa học cú sự thống nhất.
Điện trường
Đõy là khỏi niệm mới mẻ và trừu tượng đối với học sinh. Trường là một thuộc tớnh của vật chất, cú ý nghĩa quan trọng trong vật lớ và thực tiễn. Sự phỏt triển và hoàn thiện kiến thức khoa học về điện trường trải qua một thời gian khỏ dài trong lịch sử vật lý, kiến thức khoa học ngày càng ở trỡnh độ cao hơn và với kiến thức toỏn học phức tạp hơn. Cũng chớnh vỡ thế mà ở bậc học THPT, cú những phần kiến thức trong dạy học Vật lớ chỉ được đề cập đến ở một mức độ nhất định, phự hợp với trỡnh độ nhận thức và kiến thức toỏn học của học sinh.
Những phần kiến thức trong SGK được trỡnh bày đầy đủ, trọn vẹn nội dung khoa học bao gồm: khỏi niệm điện trường, vộctơ cường độ điện trường, nguyờn lý chồng chất điện trường, đường sức điện trường.
Những phần kiến thức khụng được trỡnh bày hoặc đề cập rất đơn giản là: điện thụng, vộctơ cảm ứng điện, thụng lượng cảm ứng điện, định lý Gauss, thế năng của điện tớch, thế năng của hệ điện tớch, lưỡng cực điện, mặt đẳng thế, vật dẫn cụ lập… do những kiến thức này tương đối khú và đũi hỏi trỡnh độ toỏn học cao.
Song, SGK cũng lựa chọn những trường hợp đơn giản nhất sao cho người học cũng nhận rừ được một số hiện tượng và phự hợp với khả năng tiếp thu của học sinh: cụng của lực điện, thế năng của điện tớch, điện thế, hiệu điện thế, liờn hệ giữa điện thế (hiệu điện thế) và cường độ điện trường, điện mụi trong điện trường, năng lượng điện trường. Cụ thể:
- Cụng của lực điện: SGK trỡnh bày phần kiến thức này cho điện trường đều, sau đú khỏi quỏt trường hợp điện trường khụng đều cũng cho kết quả tương tự. Cụng của lực điện được viết rừ ràng theo độ dài đại số: A= qE.M'N'. Khỏi niệm độ dài đại số cho biết cụng của lực điện cú thể õm hoặc dương phụ thuộc vào dấu của điện tớch và hỡnh chiếu của vị trớ đầu, vị trớ cuối của đường đi lờn trục toạ độ (độ dài đại số).
- Thế năng của điện tớch trong điện trường
Thế năng là năng lượng của vật (hệ vật) cú được do tương tỏc. Lực tương tỏc chớnh là lực điện trường. Điện tớch đặt tại một điểm trong điện trường cũng cú một thế năng tương ứng xỏc định. Khỏi niệm thế năng cũng phản ỏnh một thuộc tớnh quan trọng của vật chất, đú là trường. Để cú thể hiểu đầy đủ về khỏi niệm thế năng, cần cú những kiến thức toỏn học rất phức tạp mà trong phạm vi của chương trỡnh phổ thụng khụng thể đưa vào một cỏch toàn diện.
Thay vỡ việc đưa vào một lượng kiến thức tương đối khú và phức tạp, SGK 11 Nõng cao tiếp cận khỏi niệm thế năng theo một cỏch mới:
Tương tự trường hấp dẫn, điện trường tĩnh là một trường thế nờn cụng mà lực điện trường thực hiện khi một điện tớch q dịch chuyển từ điểm A đến điểm B chớnh bằng hiệu cỏc thế năng của cỏc điện tớch tại vị trớ A và B.
AAB= WA- WB
Khỏi niệm thế năng được đưa vào một cỏch tự nhiờn mà khụng cần phải đi sõu vào cỏc phộp tớnh toỏn phức tạp. Cỏch tiếp cận này này rất thuận lợi cho việc hỡnh thành những khỏi niệm tiếp theo, đú là điện thế, hiện điện thế.
- Hiệu điện thế. Điện thế
Xột theo lịch sử phỏt triển của tĩnh điện học, khỏi niệm hiệu điện thế được hỡnh thành trước. Trờn cơ sở cú đầy đủ khỏi niệm về điện trường với cỏc cụng cụ toỏn học, khỏi niệm điện thế mới được xõy dựng. Điện thế, hiệu điện thế là hai khỏi niệm quan trọng, cú ý nghĩa trong thực tiễn. Việc hiểu đỳng ý nghĩa của chỳng và vận dụng đỳng trong cuộc sống hàng ngày là rất quan trọng. Điện thế đặc trưng cho điện trường về khả năng dự trữ năng lượng tại mỗi điểm, hiệu điện thế đặc trưng cho điện trường về khả năng thực hiện cụng di chuyển điện tớch giữa hai điểm. Điện thế, hiệu điện thế cựng với cường độ điện trường là hai phương diện đặc trưng của điện trường.
Khỏi niệm thế năng được đưa vào một cỏch đơn giản nhằm đưa ra khỏi niệm hiệu điện thế dựa trờn sự tương tự giữa trường hấp dẫn (trọng trường) với điện trường. Cụ thể:
Hiệu thế năng của vật trong trọng trường tỉ lệ với khối lưọng m của vật. Tương tự, cũng cú thể coi hiệu thế năng của điện của điện tớch q tỉ lệ với điện tớch q, nghĩa là:
AAB= q(VA- VB)
(VA- VB) được gọi là hiệu điện thế giữa hai điểm A,B (cũn gọi là điện ỏp) Sau khi định nghĩa hiệu điện thế bằng biểu thức: UAB= VA- VB =
q AAB
thỡ SGK mới định nghĩa khỏi niệm điện thế.